(57)【要約】【課題】  回路チップの上にフィルム状接着材を介してセンサチップが積層され接着されてなるセンサ装置において、センサチップと回路チップとの間に異物が入り込んだ場合でも、土台となる回路チップにダメージを与えないようにする。【解決手段】  回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０が積層され接着されてなるセンサ装置１００において、回路チップ２０とフィルム状接着材４０との間には、回路チップ２０に加わる応力を緩和するポリイミドなどからなる応力緩和膜６０が介在している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路チップ（２０）の上にフィルム状接着材（４０）を介してセンサチップ（３０）が積層され接着されてなるセンサ装置において、
前記回路チップ（２０）と前記フィルム状接着材（４０）との間には、前記回路チップ（２０）に加わる応力を緩和する応力緩和膜（６０）が介在していることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記応力緩和膜（６０）は、前記回路チップ（２０）の表面を被覆している保護膜（２１）よりも軟らかいものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記応力緩和膜（６０）は樹脂からなる膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
回路チップ（２０）の上にフィルム状接着材（４０）を介してセンサチップ（３０）が積層され接着されてなるセンサ装置において、
前記フィルム状接着材（４０）の厚さは、当該センサ装置を製造する過程において発生する異物のサイズよりも大きいことを特徴とするセンサ装置。
【請求項５】
前記フィルム状接着材（４０）の厚さは、２０μｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路チップの上にフィルム状接着材を介してセンサチップが積層され接着されてなるセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のセンサ装置としては、回路チップと、この回路チップの上に積層されたセンサチップとを備え、これら回路チップとセンサチップとがフィルム状接着剤を介して接着されてなる加速度センサや角速度センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−５９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図４は、従来のこの種のセンサ装置の一般的な概略断面構成を示す図である。センサチップ３０は、半導体チップなどからなる加速度センサチップや角速度センサチップあるいは圧力センサチップなどであり、このセンサチップ３０は、当該センサチップ３０からの信号を処理するなどの機能を有する回路チップ２０の上に積層されている。
【０００４】
そして、これら両チップ２０、３０の間には、たとえば熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂などからなるフィルム状接着材４０が介在しており、このフィルム状接着材４０により両チップ２０、３０は互いに接着固定されている。
【０００５】
そして、これら両チップ２０、３０は、回路チップ２０をパッケージ１０に固定することにより、当該パッケージ１０内に収納されている。また、両チップ２０、３０間は、図示しないボンディングワイヤなどにより結線され電気的に接続されている。また、図４に示されるように、回路チップ２０とパッケージ１０ともボンディングワイヤ５０により電気的に接続されている。
【０００６】
ところで、このようなセンサ装置は、パッケージ１０に固定された回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０を搭載し、センサチップ３０を回路チップ２０に押しつけるように加圧し、場合によっては加熱しながら接着を行い、その後、ワイヤボンディングを行い、パッケージ１０に蓋１１を取り付けることにより、製造することができる。
【０００７】
ここで、センサチップ３０を回路チップ２０の上に搭載する際、積層されるセンサチップ３０と回路チップ２０との間に、センサチップ３０や回路チップ２０を構成する半導体チップのシリコン屑やその他の構成部品の屑などの異物Ｋ１が挟まりこんでしまうことがある。
【０００８】
そのようになった場合、センサチップ３０を回路チップ２０に押しつけるように加圧するとき、すなわちフィルム状接着材４０を加圧するときに、その下の回路チップ２０に異物Ｋ１が押しつけられて、回路チップ２０にダメージを与えてしまう。
【０００９】
具体的には、図４に示されるように、回路チップ２０の表面は、通常シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの保護膜２１により被覆されているが、実装時の圧力や温度環境の変化による熱応力によって異物から回路チップへ応力集中が発生し、この保護膜２１のクラックが進行したり、その下の回路素子へダメージが発生するなど、最終的に回路チップ２０の故障に至り、問題を生じることがある。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、回路チップの上にフィルム状接着材を介してセンサチップが積層され接着されてなるセンサ装置において、センサチップと回路チップとの間に異物が入り込んだ場合でも、土台となる回路チップにダメージを与えないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、回路チップ（２０）の上にフィルム状接着材（４０）を介してセンサチップ（３０）が積層され接着されてなるセンサ装置において、回路チップ（２０）とフィルム状接着材（４０）との間には、回路チップ（２０）に加わる応力を緩和する応力緩和膜（６０）が介在していることを特徴としている。
【００１２】
それによれば、回路チップ（２０）とフィルム状接着材（４０）との間に、回路チップ（３０）に加わる応力を緩和する応力緩和膜（６０）を介在させているため、センサチップ（３０）と回路チップ（２０）との間に異物（Ｋ１）が存在しても、実装時の圧力や温度環境の変化による熱応力によって異物（Ｋ１）から回路チップ（２０）へ加わる応力集中は、緩和される。
【００１３】
したがって、本発明によれば、回路チップ（２０）の上にフィルム状接着材（４０）を介してセンサチップ（３０）が積層され接着されてなるセンサ装置において、センサチップ（３０）と回路チップ（２０）との間に異物が入り込んだ場合でも、土台となる回路チップ（２０）にダメージを与えないようにすることができる。
【００１４】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のセンサ装置においては、応力緩和膜（６０）は、回路チップ（２０）の表面を被覆している保護膜（２１）よりも軟らかいものであることが好ましい。
【００１５】
そして、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載のセンサ装置においては、応力緩和膜（６０）は樹脂からなる膜であるものにできる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、回路チップ（２０）の上にフィルム状接着材（４０）を介してセンサチップ（３０）が積層され接着されてなるセンサ装置において、フィルム状接着材（４０）の厚さは、当該センサ装置を製造する過程において発生する異物のサイズよりも大きいことを特徴としている。
【００１７】
それによれば、フィルム状接着材（４０）の厚さを、当該センサ装置を製造する過程において発生する異物のサイズよりも大きいものとしているため、センサチップ（２０）を回路チップ（２０）に押しつけるように加圧するとき、異物（Ｋ１）は、この厚いフィルム状接着材（４０）に取り込まれ、異物（Ｋ１）から回路チップ（２０）へ加わる応力は大幅に低減される。
【００１８】
したがって、本発明によっても、回路チップ（２０）の上にフィルム状接着材（４０）を介してセンサチップ（３０）が積層され接着されてなるセンサ装置において、センサチップ（３０）と回路チップ（２０）との間に異物が入り込んだ場合でも、土台となる回路チップ（２０）にダメージを与えないようにすることができる。
【００１９】
ここで、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載のセンサ装置においては、フィルム状接着材（４０）の厚さは、２０μｍ以上であるものにできる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置としての加速度センサ装置１００を示す概略断面図である。
【００２３】
この加速度センサ装置１００は、たとえば自動車に搭載されて運転制御用のものとして用いることができる。なお、図１には、センサチップ３０と回路チップ２０との間に存在する異物Ｋ１も示してある。
【００２４】
図１において、セラミックパッケージ１０は、加速度センサ装置１００の基部となるとともに、加速度センサ装置１００を被測定体の適所に取り付けるためのものである。
【００２５】
このセラミックパッケージ１０は、図示しないが、たとえば、複数のアルミナなどの層が積層され、表面や内部に配線が形成されたものであり、この配線を介して加速度センサ装置１００と外部とを電気的に接続可能としている。
【００２６】
そして、図１に示されるように、セラミックパッケージ１０の上には、たとえば、図示しないシリコーン系樹脂などから接着剤を介して、回路チップ２０が搭載され固定されている。
【００２７】
この回路チップ２０の上面には、センサチップ３０がフィルム状接着材４０を介して積層されている。ここで、フィルム状接着材４０としては、たとえば加圧して硬化させることで接着機能を発揮する樹脂などからなるものにできる。具体的に、フィルム状接着材４０としては、たとえば、シリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系、ウレタン系、ゴム系、液晶ポリマーなどが挙げられる。
【００２８】
センサチップ３０は、加速度検出を行う検出素子として構成されており、たとえば、シリコン基板等に対して一般に知られている櫛歯構造を有する梁構造体を形成し、印加された加速度に応じた可動電極と固定電極間の静電容量変化（電気信号）を検出するものにできる。
【００２９】
また、回路チップ２０としては、シリコン基板等に対してＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が、周知の半導体プロセスを用いて形成されており、センサチップ５の電気信号を処理して出力する等の機能を有するものを採用することができる。
【００３０】
そして、センサチップ３０と回路チップ２０、および、回路チップ２０とセラミックパッケージ１０は、それぞれ金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。
【００３１】
なお、図１では、センサチップ３０と回路チップ２０とを結線するボンディングワイヤは省略しており、回路チップ２０とセラミックパッケージ１０とを結線するボンディングワイヤ５０は示してある。
【００３２】
こうして、センサチップ３０からの電気信号（容量変化）は、回路チップ２０へ送られて回路チップ２０に備えられたＣ／Ｖ変換回路などにより電圧信号に変換されて、加速度信号として出力されるようになっている。
【００３３】
ここで、本実施形態においては、図１に示されるように、回路チップ２０とフィルム状接着材４０との間には、回路チップ２０に加わる応力を緩和する応力緩和膜６０が介在している。
【００３４】
この応力緩和膜６０は、回路チップ２０の表面を被覆している保護膜２１よりも軟らかいものであることが好ましい。回路チップ２０の保護膜２１は、蒸着やスパッタリングなどにより形成された、たとえばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などからなるものであり、応力緩和膜６０としては、たとえば樹脂からなる膜を採用することができる。
【００３５】
本実施形態における応力緩和膜６０の膜質を考えると、たとえば加速度センサのように加速度を伝達する要件として、硬さおよび厚さがある。ここで、半導体プロセス中にて製造可能な材料を考慮した場合、具体的には、スピンコート法などにより成膜されるポリイミドによる膜を採用することができる。
【００３６】
また、半導体プロセスを考慮しない場合には、応力緩和膜６０としては、スクリーン印刷が可能な熱硬化型の樹脂、たとえばエポキシ樹脂などを採用することができる。
【００３７】
また、応力緩和膜６０の厚さについては、製造過程で発生する異物のサイズを考慮すると、たとえばチップエッジから発生するシリコン屑は約数μｍ〜２０μｍのサイズとなる可能性がある。
【００３８】
そこで、応力緩和膜６０としては、この異物Ｋ１（図１参照）として回路チップ２０上に存在するシリコン屑のサイズと、フィルム状接着材４０の圧着時における圧力と、に耐えうる膜厚が必要となる。
【００３９】
応力緩和膜６０が厚ければ厚いほうが耐異物性（すなわち回路チップ２０の保護性能）は増すが、加速度センサ装置１００におけ加速度伝達性能と半導体プロセスでの作りやすさを考慮すると、応力緩和膜６０の厚さとしては、１μｍ〜３０μｍの範囲が考えられ、最適値は、異物サイズを考慮して１０〜２０μｍと考えられる。
【００４０】
また、図２（ａ）、（ｂ）は、回路チップ２０上に形成される応力緩和膜６０およびフィルム状接着材４０の平面形状を示す図である。ここでは、応力緩和膜６０およびフィルム状接着材４０の部分に斜線ハッチングを施してある。
【００４１】
この応力緩和膜６０およびフィルム状接着材４０の平面形状については、応力緩和膜６０の厚さがある程度の厚さを確保でき、異物サイズよりも厚い膜が形成される場合、図２（ａ）に示されるようなロの字形状のパターンとすれば、回路チップ２０へのダメージを与える箇所の面積が減るので、より効果的と考えられる。
【００４２】
ただし、応力緩和膜６０およびフィルム状接着材４０の平面形状を図２（ｂ）に示されるようなスクエアパターンとした方が上記ロの字形状の場合よりも接着面積が大きくなり、接着強度を確保するという面では好ましい。
【００４３】
そこで、応力緩和膜６０およびフィルム状接着材４０の平面形状は、このようにトレードオフの関係にある回路チップ２０へのダメージを与える箇所の面積低減と接着強度の確保との関係を考慮して設計する。
【００４４】
また、応力緩和膜６０の表面状態については、この応力緩和膜６０の表面にてフィルム状接着材４０を介した接着が行われるので、ほぼ均一にフラットな状態であることが、高い接着性を確保する上で好ましい。
【００４５】
また、このように回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０が積層された積層体は、セラミックパッケージ１０に収納され、セラミックパッケージ１０の開口部には蓋１１が取り付けられている。この蓋１１により、セラミックパッケージ１０内部は封止されている。
【００４６】
このような加速度センサ装置１００は、次のようにして製造することができる。まず、セラミックパッケージ１０に上記接着剤を塗布し、この接着剤を介して回路チップ２０を組み付け、接着剤を硬化させる。なお、回路チップ２０には、あらかじめその表面に上記応力緩和膜６０が形成されている。
【００４７】
次に、センサチップ３０の組み付けを行うが、これには２通りの方法が挙げられる。１つには、センサチップとなるウェハにフィルム状接着材４０を貼り付けた後、フィルム状接着材４０が付いた状態でダイシングカットを行い、分断されたセンサチップ３０を拾い上げて回路チップ２０上にマウントする方法である。
【００４８】
もう１つの方法としては、センサチップとなるウェハをダイシングカットしてセンサチップ３０に分断する一方、フィルム状接着材４０をセンサチップ３０のサイズにカットする。そして、フィルム状接着材４０、センサチップ３０の順に回路チップ２０上にマウントする方法である。
【００４９】
上記したどちらかの方法で回路チップ２０上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０を組み付けた後、本硬化（キュア）を行うことによって、フィルム状接着材４０の接着力を安定させ、耐久性の高いものにする。
【００５０】
その後、金やアルミニウム等の線材を用いてワイヤボンディングを行うことにより、ボンディングワイヤ５０を形成する。そして、蓋１１をパッケージ１０に取り付ける。こうして、上記図１に示される加速度センサ装置１００ができあがる。
【００５１】
ところで、本実施形態によれば、回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０が積層され接着されてなるセンサ装置１００において、回路チップ２０とフィルム状接着材４０との間には、回路チップ２０に加わる応力を緩和する応力緩和膜６０が介在していることを特徴とするセンサ装置１００が提供される。
【００５２】
それによれば、回路チップ２０とフィルム状接着材４０との間に、回路チップ３０に加わる応力を緩和する応力緩和膜６０を介在させているため、センサチップ３０と回路チップ２０との間に異物Ｋ１が存在しても、実装時の圧力や温度環境の変化による熱応力によって異物Ｋ１から回路チップ２０へ加わる応力集中は、緩和される。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０が積層され接着されてなるセンサ装置１００において、センサチップ３０と回路チップ２０との間に異物Ｋ１が入り込んだ場合でも、土台となる回路チップ２０にダメージを与えないようにすることができる。
【００５４】
そして、本実施形態では、上述したように、応力緩和膜６０は、回路チップ２０の表面を被覆している保護膜２１よりも軟らかいものであることが好ましく、具体的には、応力緩和膜６０としては、樹脂からなる膜とすることができる。
【００５５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置としての加速度センサ装置１１０を示す概略断面図である。なお、図３には、センサチップ３０と回路チップ２０との間に存在する異物Ｋ１も示してある。上記実施形態との相違点を中心に述べる。
【００５６】
上記実施形態では、センサチップ３０と回路チップ２０との間に異物Ｋ１が入り込んだ場合でも、土台となる回路チップ２０にダメージを与えないようにする目的で、回路チップ２０とフィルム状接着材４０との間に、応力緩和膜６０を介在させていた。
【００５７】
それに対して、図３に示されるように、本実施形態では、同じ目的のために、このような応力緩和膜６０を介在させずに、フィルム状接着材４０の厚さを、当該センサ装置１１０を製造する過程において発生する異物Ｋ１のサイズよりも大きいものとしている。
【００５８】
なお、センサ装置を製造する過程において発生する異物Ｋ１のサイズとは、センサ装置の製造が通常クリーンルームで行われることから、半導体プロセスにおいて発生する異物や当該クリーンルーム内に存在する異物のサイズに相当するものである。
【００５９】
そして、このフィルム状接着材４０の具体的な厚さについては、上記実施形態と同様、異物Ｋ１（図３参照）としてのシリコン屑を考慮した値、すなわち２０μｍ以上が最適値と考えられる。また、上記同様、加速度伝達性能に悪影響を与えない範囲で、且つコストアップにつながらない範囲を考慮すると、約５０μｍ程度が上限値と考えられる。
【００６０】
また、フィルム状接着材４０の平面形状については、上記図２と同様、ロの字形状のパターンやスクエアパターンを採用できるが、上記実施形態と同様の考え方を採用して、とすることができ、トレードオフの関係にある回路チップ２０へのダメージを与える箇所の面積低減と接着強度の確保との関係を考慮して設計することが必要である。
【００６１】
このように、本実施形態によれば、回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０が積層され接着されてなるセンサ装置１１０において、フィルム状接着材４０の厚さは、当該センサ装置１１０を製造する過程において発生する異物Ｋ１のサイズよりも大きいことを特徴とするセンサ装置１１０が提供される。
【００６２】
それによれば、フィルム状接着材４０の厚さを、当該センサ装置１１０を製造する過程において発生する異物Ｋ１のサイズよりも大きいものとしているため、センサチップ２０を回路チップ２０に押しつけるように加圧するとき、異物Ｋ１は、この厚いフィルム状接着材４０に取り込まれるので、異物Ｋ１から回路チップ２０へ加わる応力は大幅に低減される。
【００６３】
したがって、本実施形態によっても、回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０が積層され接着されてなるセンサ装置１１０において、センサチップ３０と回路チップ２０との間に異物が入り込んだ場合でも、土台となる回路チップ２０にダメージを与えないようにすることができる。
【００６４】
そして、上述したように、本実施形態のセンサ装置１１０においては、フィルム状接着材４０の厚さは、２０μｍ以上であるものにできる。
【００６５】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたものとしてもよい。
【００６６】
つまり、回路チップ２０の上にフィルム状接着材４０を介してセンサチップ３０が積層され接着されてなるセンサ装置において、回路チップ２０とフィルム状接着材４０との間に、上記応力緩和膜６０を介在させるとともに、フィルム状接着材４０の厚さを、当該センサ装置を製造する過程において発生する異物Ｋ１のサイズよりも大きいものとしてもよい。
【００６７】
以上、本発明のセンサ装置として加速度センサ装置を例にとって説明してきたが、本発明は、加速度センサに限定されるものではなく、角速度センサ、圧力センサ、温度センサ、湿度センサ、光センサ、画像センサなどにも適用可能である。
【００６８】
つまり、上記実施形態において、上記センサチップ３０が角速度検出素子であったり、圧力検出素子であったり、温度検出素子であったり、湿度検出素子であったり、光検出素子であったり、画像検出素子であっても良い。
【００６９】
また、回路チップとしては、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどを用いた回路、メモリ回路など何でもよい。
【００７０】
要するに、本発明は、回路チップの上にフィルム状接着材を介してセンサチップが積層され接着されてなるセンサ装置において、耐異物性の向上を目的として、回路チップとフィルム状接着材との間に上記応力緩和膜を介在させること、フィルム状接着材の厚さを上記異物のサイズよりも大きいものとしたことを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサ装置としての加速度センサ装置を示す概略断面図である。
【図２】回路チップ上に形成される応力緩和膜およびフィルム状接着材の平面形状を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るセンサ装置としての加速度センサ装置を示す概略断面図である。
【図４】従来のセンサ装置の一般的な概略断面構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
２０…回路チップ、３０…センサチップ、４０…フィルム状接着材、
６０…応力緩和膜。
【図１】
2006047088.tif 000003
【図２】
2006047088.tif 000004
【図３】
2006047088.tif 000005
【図４】
2006047088.tif 000006